البته، همان‌طور كه در ادامه مي‌خوانيد، وي با گردآوري و تفسير داده‌هاي به دست آمده از پژوهش‌هاي دانشمندان ديگري، به اين مفهوم پايه‌اي دست پيدا كرد.

در پژوهش‌هاي گرود، كم‌تر با طراحي آزمايش روبه‌رو مي‌شويم. در حقيقت ، او با مشاهده و گردآوري اطلاعات توانست، فرضيه‌هاي خود را تا اندازه‌اي اثبات كند. سرانجام، زيست‌شيمي‌دان‌ها با پژوهش‌ هايي كه طي نيم سده انجام دادند، توانستند تصوير دقيق‌تري از اساس بيماري آلكاپتونوريا عرضه كنند.

در اين مقاله، شما با شيوه‌ي پژوهشي گرود آشنا مي‌شويد و درمي‌يابيد كه چگوه گردآوري داده‌ها و تفسير آن‌ها به يك يافته‌ي زيست‌شناسي مي‌انجامد.

طرح مسأله

در سال 1898 ميلادي، خانواده‌اي به دكتر گرود مراجعه كردند كه ادرار كودكشان پس از برخورد با هوا ، تيره رنگ مي‌شد ( پوشاك نوزاد در بخش جلو قهوه‌اي تيره تا سياه مي‌شد). سه سال بعد، كودك ديگري در همان خانواده به دنيا آمد كه به همين بيماري دچار بود. مشاهد ه‌هاي آغازين گرود نشان داد، اين بيماري در خانواده‌ها تكرار مي‌شود، يعني اگر يكي از خويشاوندان نسبي اين صفت را داشته باشد، احتمال بروز آن در خويشاوندان ديگر نيز هست. اما به طور معمول، والدين كودكان بيمار ، اين صفت را ندارند.

مساله: چرا ادرار كودكان دچار شده به آلكاپتونوريا ، پس از برخورد با هوا، تيره مي‌شود؟ آيا اين بيماري ارثي است؟ الگوي توارث آن چگونه است؟

گردآوري اطلاعات

در سال 1859، شيميدان‌ها ثابت كردند در ادرار اين بيماران تركيبي به نام اسيد هموجنتيسيك (آلكا پت ون) وجود داردكه پس از واكنش با اكسيژن هوا ، به ماده ‌ي سياه رنگي تبديل مي‌شود و ساختمان شيميايي آن، شبيه ملانين (رنگيز ه ي پوست) است.

چند پژوهشگر مقدار اسيد هموجنتسيك ادرار بيماران را اندازه‌گيري كردند.

توجه: ميانگين ترشح اسيد هموجنتيسيك به گرم در 24 ساعت و با رژيم غذايي معمولي

پژوهشگران دريافتند :

1. اين مولكول در ادرار افراد سالم وجود ندارد

2. همه‌ي بيماران از كودكي اين نارسايي را دارند

3. تغيير رژيم غذايي، باعث تغيير مقدار آلكاپتون در ادرار نمي‌شود

فرضيه سازي

داده‌هاي جدول نشان مي‌دهد، بين سن بيمار ا و ميزان ترشح اسيد هموجنتيسيك ( و در واقع ، بيماري آلكاپتونوريا ) ارتباطي وجود ندارد و مردها بيش از زن‌ها به اين بيماري مادرزادي دچار مي‌شوند. همچنين ، گرود و پژوهشگران ديگر دريافتند، بين اين بيماري و رژيم غذايي افراد، ارتباط معناداري وجود ندارد. از اين رو، مي‌توان نتيجه گرفت، اين بيماري به اختلالي در واكنش‌هاي شيميايي بيماران مربوط مي‌شود و مبتلايان اين نارسايي را از والدين خود به ارث برده‌اند.

فرضيه : اگر اين نارسايي ارثي باشد، احتمال بروز آن در بستگان بيمار (برادرها و خواهرها) نيز وجود دارد.

بررسي فرضيه

گرود، براي بررسي اين فرضي ه، اطلاعات مربوط به موارد بيماري را كه پژوهشگران ديگر گزارش كرده بودند، بررسي كرد.

پرسش1 : داده‌هاي جدول را چگونه تفسير مي‌كنيد؟ آيا اين داده‌ها فرضي ه‌ي گرود را ثابت مي‌كنند؟

الكاپتون از كجا مي‌آيد

بررسي‌هاي گرود نشان داد، آلكاپتونوريا يك بيماري ارثي است. اما چرا در ادرار مبتلايان مقدار زيادي آلكاپتون وجود دارد؟ در آن زمان، شيميدان‌هايي كه دربار ه‌ي واك نش‌هاي زيست‌ شيميايي مطالعه مي‌كردند، مي‌دانستند كه آنزيم‌ها باعث سرعت اين واكنش‌ها مي‌شوند و در نبود آنزيم، اين واكنش‌ها انجام نمي‌شوند. آنان نشان داده بودند كه واكنش‌هايي زيست‌ شيميايي زنجيره ‌و ‌ا ر انجام مي‌شوند؛ به طوري كه ماد ه‌ي آغازين ، نخست به چند ماد ه‌ي مياني و سپس به فراورده تبديل مي‌شود. هر كدام از مرحل ه‌هاي يك زنجير ه‌ي زيست‌ شيميايي را يك آنزيم پيش مي‌برد و اگر يكي از آنزيم‌ها وجود نداشته باشند، ماد ه‌ي مياني، كه آن آنزيم روي آن كار مي‌كند، انباشته مي‌شود و در صورتي كه در آب محلول باشد، با ادرار به بيرون راه مي‌يابد .

فرضيه سازي

ساختمان شيميايي اسيد هموجنتيسيك شباهت زيادي به ساختمان شيميايي اسيد آمين ه‌ي تيروزين دارد. (شكل زير ). از اين رو به نظر مي‌رسد، اسيد هموجنتيسيك از اين اسيد آمينه به دست مي‌آيد . افراد دچار شده به آلكاپتونوريا ، آنزيمي را كه ماد ه‌ي مياني آلكاپتون را به ماد ه‌ي مياني ديگري تبديل مي‌كند ، ندارند.

فرضيه: اگر اين بيماري پيامد كمبود آنزيمي باشد كه روي اسيد هموجنتيسيك اثر مي‌گذارد، پس ميزان فعاليت اين آنزيم بايد در بيماران پا ي ين باشد.

بررسي فرضيه

شكل زير فعاليت آنزيم را در سه گروه افراد عادي، والدين بيماران و افراد بيمار نشان مي‌دهد.

پرسش2 : با توجه به شكل، آيا فرضيه ثابت مي‌شود؟ ادرار والدين بيماران ، پس از قرار گرفتن در معرض هوا به رنگ تيره در نمي‌آيد. با وجود اين، فعاليت آنزيم در آنان از افراد عادي كم‌تر است. اين حقيقت را چگونه توجيه مي‌كنيد؟ اگر به هر سه گروه مقداري اسيد هموجنتيسيك بخورانيم، انتظار داريد تركيب ادرار آنان چه تغييري پيدا كند؟

50 سال طول كشيد تا با نمونه‌برداري از كبد مشخص شد، فعاليت آنزيم‌هاي درگير در تجزي ه‌ي اسيدآمينه‌هاي فنيل آلانين و تيروزين در افراد سالم و بيمار، به جز آنزيم هموجنتيسيك اسيد اكسيداز، يكسان است (شكل زير ). اين آنزيم هموجنتيسيك را به ماليل استواستيك تبديل مي‌كند و كمبود فعاليت آن، باعث انباشته شدن اين اسيد در سلول‌ها و سرانجام ترشح آن به ادرار مي‌شود.

پرسش 3 : كودك دو ساله‌اي به بيمارستان آورده شده است. مادرش مي‌گويد، او زياد استفراغ مي‌كند ( به ‌ويژه پس از شير خوردن ). وزن كودك و ميزان تحركش زير اندازه‌ي عادي است. موهايش تيره‌اند، اما رگه‌هاي سفيدي دارند. نتيج ه‌ي بررسي ادرار كودك به صورت زير است.

الف) با توجه به شكل زير ، اين كودك دچار كمبود چه آنزيمي است؟

ب) براي درمان كودك، چه پيشنهادي داريد.

ج) چرا موهاي كودك، رگه‌هاي سفيد دارند؟

پژوهش‌هاي فراكلاسي

1. همان طور كه گفته شد، اسيد هموجنتيسيك در برخورد با هوا به ماده‌اي سياه رنگ تبديل مي‌شود كه ساختمان آن شبيه ملانين (رنگيز ه‌ي پوست) است. پژوهش كنيد، بين سوخت و ساز ملانين و اسيدهموجنتيسيك چه ارتباطي وجود دارد؟

2. آلبينيسم يكي ديگر از نارسايي مادر زادي در سوخت و ساز است. اين نارسايي كه به كاهش توليد ملانين و در نتيجه سفيد شدن مو مي‌انجامد، به علت كمبود فعاليت يكي از آنزيم‌هاي دخيل در توليد ملانين به وجود مي‌آيد.

اقتباس ازوبلاگ گروه زیست شناسی شبه جزیره هند